铁催化未活化二烯区域选择性和对映选择性[4+2]环加成

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含乙烯基取代基的手性环己烯是众多天然产物的结构核心,如(R)-柠檬烯,金黄素,双劳孢菌A/B。在构建环己烯环的不同策略中,Diels-Alder[4+2]-环加成是最有效和直接的方法之一。活性二烯烃和/或亲二烯烃结构中具有供电子或吸电子基团,是反应活性、区域-和对映选择性的先决条件。这使得Diels-Alder反应不适合从中性反应前体选择性地获得未官能团化的环己烯。


过渡金属催化的[4+2]-环加成可以通过配位它们的pi键来适应非极化底物。利用未活化烯烃作为反应前体局限于铑催化分子内[4+2]环加成。反应活性和选择性强烈依赖于底物,而不对称反应只有中等的对映选择性。因此,直接及对映选择性获得中性环己烯仍然是一个未解决的挑战,因此开发高效的催化剂来获得这个有价值的支架具有重要意义。

铁在地球上含量丰富,在催化方面具有高可用性、低价格和低毒性。二亚胺铁配合物由于其催化烯烃聚合、加氢功能化和环加成等多种反应而特别具有吸引力。二亚胺配体前体在本质上很容易获得和模块化,使相应的铁配合物的空间和电子性质易于调整。

Nicolai Cramer教授报道了利用二亚胺铁催化剂可使烷基取代的1,3-二烯生成环二烯的对映选择性交叉[4+4]环加成反应。同样,Chirik报道了吡啶-亚胺(PI)铁催化获得芳基取代[4+4]-环加合物。在后续研究中,作者想知道是否可以通过催化剂/配体的调整来得到交叉[4+2]-环加合物3以及线性同分异构体和低聚体也可以由催化剂/配体调控。


在经过一系列条件筛选以后作者确定了最佳反应条件。接下来进行底物普适性考察。从结果来看,该反应具有较好的官能团耐受性以及底物普适性。


适当选择配体可以控制环化反应的化学选择性,使用烷基取代二烯(1a, 1m2i),催化剂Fe7选择性地诱导交叉[4+2]环加成,生成乙烯基环己烯3ai3mi。而在Fe10催化剂下,只生成了4ai4mi环二烯。


经过对照试验作者提出了可能的机理,在原位形成的中间铁- i和线性二烯2的氧化环化连接两个二烯底物,生成七元环Fe-II或九元环铁- iii。随后还原消除分别形成环己烯3和环辛二烯4[4+2][4+4]模式之间的转换可能是因为Fe-IIFe-III之间的空间位阻增加。在Fe-II的还原性较差的情况下,β-氢化物消除可以形成Fe-IV。还原消除可得到氢乙烯化产物5



总结,作者发展了一个铁催化未活化的支链和线性二烯的交叉[4+2]环加成反应。反应在温和的条件下进行,只需要少量的溶剂。提供了一个非常高效和原子经济的途径来获得1,3-取代乙烯-环己烯,从而解决了不对称环加成过程中长期存在的白点。手性双二氢异喹啉配体是获得高化学、区域和对映选择性的非功能化手性环己烯产品至关重要。

DOI:10.1002/anie.202112148


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